永磁體嵌入式旋轉電機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電動機、發電機等具有轉子的旋轉電機，特別涉及一種在轉子中嵌入了永磁體的永磁體嵌入式旋轉電機。
【背景技術】
[0002]圖4的(a)、圖4的(b)是表不以往的永磁體嵌入式旋轉電機的一例子，即IPM電動機的轉子的結構的剖視圖，圖4的(c)是表示該轉子的外周面的圖。該以往例的IPM電動機為專利文獻I所公開的電動機。該IPM電動機將以朝向轉子10的外側擴張的方式配置為V字狀的兩個永磁體13a、13b作為一個極，通過在轉子10的內部嵌入多組兩個永磁體13a、13b而形成多個極。另外，轉子10是通過將圖4的(a)所示的層疊鋼板11和圖4的(b)所示的層疊鋼板12如圖4的(c)所示那樣一層一層地交替層疊而構成的，或是以多層為單位交替層疊而構成的。
[0003]如圖4的(a)所示，在層疊鋼板11上，作為一個極形成兩個保持孔部18a、18b、兩個空洞部14a、14b以及兩個空洞部15a、15b，這樣的組合形成有多組。具體而言，作為一個極，形成有:兩個保持孔部18a、18b，上述兩個保持孔部18a、18b配置為V字狀，并用于保持兩個永磁體13a、13b ;兩個空洞部14a、14b，上述兩個空洞部14a、14b配置于兩個保持孔部18a、18b彼此之間的部分(V字的中央部分)并分別與各保持孔部18a、18b連通；以及兩個空洞部15a、15b，上述兩個空洞部15a、15b配置在與相鄰的另一極之間的部分(V字的端部部分)并分別與各保持孔部18a、18b連通。
[0004]保持孔部18a、空洞部14a、空洞部15a成為一個連續的區域(孔)，另外，保持孔部18b、空洞部14b、空洞部15b也成為一個連續的區域(孔)，在對層疊鋼板11進行沖切加工時，可以分別作為一個孔進行沖切。通過沖切加工，在空洞部15a、15b的外緣側形成側橋(日文:寸彳 F7'' 'J V 夕)19a、19b。
[0005]另外，如圖4的(b)所示，在層疊鋼板12上，作為一個極形成兩個保持孔部18a’、18b’、兩個空洞部14a’、14b’以及兩個切口部16a、16b，這樣的組合形成有多組。層疊鋼板12上的保持孔部18a’、18b’、空洞部14a’、14b’分別與層疊鋼板11上的保持孔部18a、18b、空洞部14a、14b等同。具體而言，作為一個極，形成有:兩個保持孔部18a’、18b’，上述兩個保持孔部18a’、18b’配置為V字狀，并用于保持兩個永磁體13a、13b ;兩個空洞部14a’、14b’，上述兩個空洞部14a’、14b’配置于兩個保持孔部18a’、18b’彼此之間的部分(V字的中央部分)并分別與各保持孔部18a’、18b’連通；以及兩個切口部16a、16b，上述兩個切口部16a、16b配置為分別與各空洞部15a、15b重疊，并分別與各保持孔部18a’、18b’連通并且上述兩個切口部16a、16b連通至層疊鋼板12的外緣。各切口部16a、16b配置為分別在內部包含各空洞部15a、15b，由此，配置為分別與各空洞部15a、15b重疊。
[0006]保持孔部18a’、空洞部14a’、切口部16a成為一個連續的區域(切口)，另外，保持孔部18b’、空洞部14b’、切口部16b也成為一個連續的區域(切口)，在對層疊鋼板12進行沖切加工時，可以分別作為一個切口進行沖切。
[0007]在層疊鋼板11上的空洞部14a與空洞部14b之間、層疊鋼板12上的空洞部14a’與空洞部14b’之間具有中間橋(日文夕7''y V )19co在層疊鋼板11和層疊鋼板12上，比永磁體靠內周側的區域和靠外周側的區域借助該中間橋19c連接起來。
[0008]而且，在將上述層疊鋼板11、12—層一層交替層疊的情況下，轉子10的外周面成為圖4的(c)所示的外觀，切口部16a、16b分別成為一列，并隔著一層層疊鋼板地進行配置。
[0009]在該以往例中，將層疊鋼板11和層疊鋼板12交替層疊，在層疊鋼板12上，磁通通過切口部16a、16b，因此，即使在層疊鋼板11上不減小側橋19a、19b的寬度，也能夠降低磁短路。具體而言，由于在層疊鋼板12具有切口部16a、16b，因此，將各鋼板上的永磁體與轉子外周面之間的鐵芯的截面積總計而得到的總截面積(即，將側橋19a、19b的部分的截面積總計而得到的總截面積)成為1/2，其結果，能夠降低磁短路。
[0010]另外，在層疊鋼板12上，在與鄰接的另一極之間的部位形成有切口部16a、16b，由于不存在鐵芯，因此，能夠使切口部16a、16b處的磁阻大于側橋19a、19b處的磁阻。而且，由于將層疊鋼板11和層疊鋼板12交替層疊，因此，能夠使磁阻大于僅使用了層疊鋼板11的情況下的磁阻。因而，通過降低切口部16a、16b處的磁短路，能夠抑制磁通泄漏，從而能夠向定子側供給更多的磁通，能夠謀求提高電動機效率。而且，在層疊鋼板12上，由于在d軸磁通、q軸磁通所通過部分存在有鐵芯，因此，能夠維持期望的磁阻轉矩。
[0011]根據上述結構，由于沖切加工性、耐離心力性，即使在需要將側橋19a、19b設為規定的寬度的情況下，由于存在切口部16a、16b，因此能夠確保規定的寬度作為側橋19a、19b的寬度，并且能夠增大磁阻而抑制磁通泄漏。
_2] 現有技術文獻_3] 專利文獻
[0014]專利文獻1:日本特開2011 — 4480號公報
[0015]然而，由于上述的以往的永磁體嵌入式旋轉電機利用形狀不同的多種轉子鋼材構成了轉子，因此，存在如下問題。首先，在制造轉子時，需要用于制造轉子鋼材的多種沖切模具，導致存在構件、模具的管理變得復雜的問題。另外，形狀不同的轉子鋼材的強度特性彼此不同。盡管如此，在以往的永磁體嵌入式旋轉電機中，在多種轉子鋼材的彼此之中，需要使磁體、軸的形狀、配置相同。因此，使得磁體、軸的形狀、配置的設計范圍大幅縮小。其結果，不得不使用較小的磁體、較細的軸，因此，較大程度地限制了旋轉電機的轉速或轉矩。另夕卜，在通過層疊形狀不同的多個種類的轉子鋼材而構成轉子的情況下，在設計轉子時，需要進行三維的磁場計算、強度計算，而存在計算負荷增大，而且計算精度下降的問題。另外，形狀不同的多種轉子鋼材無法從作為整體構件的鋼材上通過例如利用線切割等進行的去除加工來形成。因此，存在加工成本增大的問題。
[0016]另外，由于以往的永磁體嵌入式旋轉電機在構成轉子的兩種鋼板中的一種鋼板上具有側橋19a、19b，因此，存在以下的問題。首先，由于具有側橋19a、19b，因此，永磁體的泄漏磁通量依然殘留不少，另外，磁阻也遠大于零。這對增加使轉子產生的轉矩造成了妨礙。另外，由于以往的永磁體嵌入式旋轉電機在轉子上具有側橋19a、19b，因此，轉子軸向上的通風較差。該轉子的通風較差成為了妨礙轉子、特別是其中的永磁體冷卻的原因。另外，由于在轉子上具有側橋19a、19b，因此，相對于離心力而言，支承永磁體的力變得不均勻，而存在有在永磁體內部產生較大的應力的問題。
[0017]另外，通常，針對永磁體嵌入式旋轉電機而言，在將轉子鋼材嵌合并固定于軸的情況下，在轉子鋼材上殘留有周向上的組裝殘余應力。該組裝殘余應力主要殘留的范圍為在以轉子軸為中心的圓周上未存在孔、切口的半徑范圍(即以環狀相連接的范圍)。以往例的情況下，由于存在側橋19a、1%，因此，在轉子的最外周具有環狀區域，在該最外周的環狀區域殘留有拉伸殘余應力。另外，在轉子旋轉時，在側橋19a、19b上施加有由離心力引起的剪切應力。因而，為了防止在轉子旋轉時側橋19a、19b破損，需要增加側橋19a、19b的寬度。因此，在以往例子中，難以削減泄漏磁通量。
[0018]另外，在以往例子中，在中間橋19c所處位置的附近殘留有較大的組裝殘余應力。另一方面，在轉子旋轉時，在中間橋19c產生由離心力產生的較大的拉伸應力(以下稱為離心應力)。以往的永磁體嵌入式旋轉電機的轉子的該組裝殘余應力所產生的區域和離心應力所產生的區域接近，從而導致轉子的強度設計較難。為了使轉子能夠高速旋轉，需要使拉伸殘余應力的產生范圍內不產生較大的應力。為了該應力緩和，例如考慮有對中間橋19c進行曲率半徑較大的倒角。但是，若實施這樣的曲率半徑較大的倒角，則減小了配置磁體的空間，而限制了轉矩。這樣，在以往例中，由于不存在緩和應力的有效的方法，因此，存在轉子的轉速被限制或磁體的大小被限制而使轉矩被限制的問題。
[0019]另外，通常，若在轉子的外周面設置凹凸，則能夠將在轉子上產生的轉矩的高次諧波成分轉化為基波成分，能夠減少轉矩脈動而使轉矩增大。但是，如以往例所示，對于在磁體嵌入孔的外側具有沒有孔、凹陷的、環狀的最外周區域的轉子而言，在最外周的環狀的區域殘留組裝殘余應力。因而，在以往的轉子中，難以在轉子的這樣的殘留有殘余應力的最外周面設置用于引起應力集中的凹凸。因此，以往的永磁體嵌入式旋轉電機難以通過在轉子的外周面設置凹凸來提高轉矩。